JP6750545B2 - プレスフィット端子接続構造 - Google Patents
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Description
まず、図1〜3を参照しながら、プレスフィット端子接続構造1の概略について説明する。プレスフィット端子接続構造1は、プレスフィット端子2と、プリント基板(PCB)3に設けられたスルーホール30とによって構成される。プリント基板3のスルーホール30にプレスフィット端子2の基板接続部20が圧入され、スルーホール30とプレスフィット端子2とが、それぞれの接点部で、相互に電気的に接触する。
次に、プレスフィット端子2およびプリント基板3のスルーホール30を構成する材料について説明する。
スルーホール30の内周面31には、全域に、スズ層3cが形成され、最表面に露出している。つまり、図3(a)に断面の概略図を示すように、プリント基板3を構成する基材3aの表面に、適宜、銅下地層3bを挟んで、スズ層3cが形成されている。そして、スズ層3cの表面が、スルーホール30の内周面31となっている。
プレスフィット端子2の表面には、最表面に合金含有層2cが露出されている。つまり、図3(b)に断面の概略図を示すように、プレスフィット端子2を構成する銅または銅合金等の基材2aの表面に、適宜、ニッケル下地層2bを挟んで、合金含有層2cが形成されている。
ここで、合金含有層2cの表面の硬度と、スルーホール30におけるプレスフィット端子2の挿抜および保持における挙動との関係について説明する。なお、合金含有層2cの表面の硬度は、プレスフィット端子2の合金含有層2cがスルーホール30の内周面31のスズ層3cと実際に接触する実接触面の領域全体において計測される硬度、つまり共存して露出した合金部2c1とスズ部2c2の両方を含んだ表面に対して計測される硬度(みかけの硬度)である。
V=(k/H)WL (1)
ここで、Vは摩耗体積、kは摩耗係数、Hは硬度、Wは荷重、Lは摺動距離である。
Fs=(s/H)W (2)
ここで、Fsは凝着摩擦力、sは剪断強さ、Hは硬度、Wは荷重である。
(1)動摩擦係数および静止摩擦係数
合金部2c1とスズ部2c2よりなる合金含有層2cが露出したプレスフィット端子2の基板接続部20の接点部21a,21aと、スズ層3cが露出したスルーホール30の内周面31の接点部との間における摩擦の挙動を、以下のようにして評価することができる。
μ=F/2P (3)
上記では、スルーホール30におけるプレスフィット端子2の保持力の大きさと、挿抜時の必要荷重の低減を両立するための指標として、プレスフィット端子2の合金含有層2cとスルーホール30のスズ層3cの間の静止摩擦係数と動摩擦係数を用いることを説明した。しかし、それら静止摩擦係数および動摩擦係数に代わって、別の指標を用いることもできる。
従来一般のプレスフィット端子においては、スルーホールに挿入する前に、潤滑性を付与し、プレスフィット端子のめっき削れやスルーホールのめっき切れを抑制するために、表面にコンタクトオイルを塗布することが多い。しかし、本実施形態にかかるプレスフィット端子接続構造1においては、コンタクトオイルを使用せず、プレスフィット端子2の接点部21a,21aの表面にも、スルーホール30の内周面31にも、コンタクトオイルの層を設けない方が好ましい。
[試料の作製]
(1)実施例1〜3
図1,2に示したようなプレスフィット端子の基板接続部の形状で製造されたプレスフィットピン(ニードルアイタイプ、厚さt1=0.6mm)を準備し、ニッケル下地層を形成した上に、スズ−パラジウム合金含有層を形成した。合金含有層の形成に際して、パラジウム層とスズ層をこの順に積層し、300℃で加熱した。スズ層とパラジウム層の厚さは、実施例1〜3で変化させた。厚さの実測値を下記の表1中に示している。
実施例1〜3のスズ−パラジウム合金含有層の代わりに、スズ−銀合金層、スズ−鉛合金層、スズ−銅合金層を形成したプレスフィットピンを準備し、比較例1〜3の試料とした。スルーホールとしては、実施例1〜3と同じ、内周面にスズめっきを施したものを用いた。
比較例4〜6に用いるプレスフィットピンとして、実施例1〜3に用いたのと同じ、スズ−パラジウム合金含有層を形成したものを用いた。スルーホールの内周面には、厚さ25〜35μmのCu下地層の上に、厚さ0.1〜0.3μmの銀層が形成されたものを用いた。
比較例7〜9に用いるプレスフィットピンとして、実施例1〜3に用いたのと同じ、スズ−パラジウム合金含有層を形成したものを用いた。スルーホールの内周面には、厚さ25〜35μmのCu層にプリフラックス処理を施したものを用いた。
各実施例および比較例にかかる試料について、プレスフィットピンをスルーホールに挿入した。そして、プレスフィットピンを、軸線方向に沿って、スルーホールから脱出させる方向に変位させながら、ロードセルを用いて、プレスフィットピンに印加される荷重を計測した。各実施例および比較例について、計測は試料を替えて5回行った。なお、この試験においては、いずれの実施例、比較例についても、コンタクトオイルを用いていない。
図5,6に、実施例1〜3および比較例1〜9について、端子脱出時の荷重と変位量の関係を計測した結果を示す。掲載している結果は、5回の計測のうちの代表例のものである。
[試料の作製]
実施例1〜3で用いたのとは別のニードルアイタイプ(t1=0.6mm)のプレスフィットピンを用い、ニッケル下地層の上に、スズ−パラジウム合金含有層を形成したものを準備した。さらに、プリント基板として、上記試験Aの実施例1〜3で用いたのと同様の、スルーホールの内周面にスズめっきを施したものを準備した。
各試料について、合金含有層の表面の硬度を測定した。測定は、ビッカース硬度計を用いて行った。
各試料のプレスフィットピンを、スルーホールに挿入した。この際、プレスフィットピンを軸線方向に沿って変位させながら、ロードセルを用いて、プレスフィットピンに印加される荷重を計測した。端子と基板の間の接触荷重Pは、100Nとした。そして、変位の関数として得られた荷重の値を、上記試験Aと同様に、式(3)に基づいて、摩擦係数に変換した。その摩擦係数の最大値を、挿入時最大摩擦係数とした。
表2に、試料B1〜B7について、パラジウム層とスズ層の膜厚値および膜厚比、合金含有層の硬度とともに、計測された挿入時最大摩擦係数および抜去時最大摩擦係数の値をまとめる。表にはさらに、それらの値から算出した最大摩擦係数差(抜去最大時摩擦係数−挿入時最大摩擦係数)を示す。また、図7に、合金含有層の硬度と最大摩擦係数差の関係を示す。図7には、データ点を2次関数で近似した曲線も併せて示している。
[試料の作製]
プレスフィット端子として、上記試験Aの実施例1〜3で用いたのと同様の、ニッケル下地層の上に、スズ−パラジウム合金含有層を形成したものを準備した。また、スズ−パラジウム合金含有層を形成する代わりに、ニッケル層、銅層、スズ層をこの順に積層し、リフロー処理を行って、最表面にスズ層を露出させたプレスフィット端子を準備した。ここで、スズ層を形成したプレスフィット端子としては、スズ層が厚いもの(0.8μm)と薄いもの(0.3μm)の2種を作成した。なお、リフロー処理により、スズ層の下層には、銅−スズ合金層が形成されている。さらに、プリント基板として、上記試験Aの実施例1〜3で用いたのと同様の、スルーホールの内周面にスズめっきを施したものを準備した。
各プレスフィット端子をプリント基板のスルーホールに挿入した。その状態で、プレスフィット端子とスルーホールの境界部を目視にて観察し、スルーホール周縁部への付着物の有無を指標として、プレスフィット端子においてめっき削れが起こっているかどうかを調べた。2種の厚さのスズ層が形成されたプレスフィット端子については、いずれも、スルーホールへの挿入の前に、表面にコンタクトオイルを塗布しておいたが、スズ−パラジウム合金含有層が形成されたプレスフィット端子に対しては、コンタクトオイルを用いていない。
スズ−パラジウム合金含有層を形成したプレスフィット端子および薄いスズ層を形成したプレスフィット端子について、スルーホールに挿入した後、スルーホールから引き抜いた。引き抜き後に、スルーホールを軸線に沿って切断した。そして、断面において、スルーホールの内周面を目視にて観察し、内周面でめっき切れが起こっているかどうかを調べた。この評価においては、いずれのプレスフィット端子に対しても、コンタクトオイルを使用していない。
2 プレスフィット端子
20 基板接続部
21 膨出片
21a 接点部
3 プリント基板
30 スルーホール
31 内周面
F 印加荷重
P 接触荷重
Claims (9)
- プリント基板に設けられたスルーホールに、プレスフィット端子の基板接続部が圧入され、前記スルーホールと前記プレスフィット端子とが、それぞれの接点部で、相互に電気的に接触するプレスフィット端子接続構造において、
前記プレスフィット端子は、少なくとも前記接点部の表面に、スズとパラジウムを主成分とする合金よりなる合金部のドメイン構造が、純スズまたは前記合金部よりもパラジウムに対するスズの割合が高い合金よりなるスズ部の中に存在し、前記合金部と前記スズ部の両方が最表面に露出した合金含有層を有し、
前記合金含有層の表面の硬度は、120Hv以上、380Hv以下であり、
前記スルーホールは、少なくも前記接点部を含む内周面の最表面に、スズ層を有することを特徴とするプレスフィット端子接続構造。 - 前記プレスフィット端子および前記スルーホールの前記接点部の表面には、コンタクトオイルの層が存在しないことを特徴とする請求項1に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記スルーホールの前記スズ層に被覆された内周面と、前記プレスフィット端子の前記合金含有層に被覆された接点部の間における摩擦係数の最大値が、前記プレスフィット端子を前記スルーホールに挿入する際よりも、前記プレスフィット端子を前記スルーホールから抜去する際に大きくなることを特徴とする請求項1または2に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記スルーホールの前記スズ層に被覆された内周面と、前記プレスフィット端子の前記合金含有層に被覆された接点部の間における最大静止摩擦係数と動摩擦係数の差が、0.06以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記スルーホールの前記スズ層に被覆された内周面と、前記プレスフィット端子の前記合金含有層に被覆された接点部の間における最大静止摩擦係数が、0.4以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記スルーホールの前記スズ層に被覆された内周面と、前記プレスフィット端子の前記合金含有層に被覆された接点部の間における動摩擦係数が、0.4未満であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記合金含有層におけるパラジウムの含有量は、2原子%以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記プレスフィット端子を構成する基材と、前記合金含有層の間に、ニッケルまたはニッケル合金よりなる下地層が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のプレスフィット端子接続構造。
- 前記合金含有層におけるパラジウムの含有量は、3原子%以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のプレスフィット端子接続構造。
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